Для перехода технологий беспроводной связи в диапазон миллиметровых волн (крайне высокие частоты — 30-300 ГГц, 10-1 мм), в котором обеспечивается значительное повышение скорости передачи данных по сравнению с используемыми сегодня сантиметровым диапазоном (сверхвысокие частоты — 3-30 ГГц, 10-1 см) и, тем более, — дециметровым (ультравысокие частоты — 0,3-3 ГГц, 0,1-1 м), необходимы новые решения как в схемотехнике и способах обработки радиосигналов, так и в элементной базе приемопередающих устройств.
И если в разработках аппаратных и программных средств уже есть результаты «на миллиметровую перспективу», то в элементной базе (особенно для мобильных устройств) еще наблюдаются довольно серьезные пробелы, прежде всего, в организации производства электронных компонентов на основе апробированных промышленных технологий.
Один из таких пробелов — отсутствие в полупроводниковом исполнении циркуляторов, устройств, без работы которых невозможно представить функционирование современной СВЧ-радиотехники. Однако если для сантиметрового диапазона длин волн эти устройства создаются с использованием ферромагнитных материалов, то при переходе в миллиметровый диапазон необходимо иметь их аналоги в полупроводниковом исполнении. Причем эти «несимметричные» по отношению к направлению движения электромагнитных волн приборы в традиционном ферромагнитном исполнении характеризуются большими габаритами и высокой себестоимостью изготовления, что, естественно, неприемлемо для их использования в массовых носимых девайсах технологии 5G. А полупроводниковых аналогов циркуляторов нет, вследствие чего возникают сложности с обеспечением полнодуплексной связи.
За разработку недостающего прибора взялась группа, в которую вошли ученые Колумбийской школы инженерных и прикладных наук (исследовательское подразделение Колумбийского университета города Нью-Йорка) и Техасского университета в Остине. Финансирование проекта осуществлялось из трех источников:
- из средств программы EFRI (Emerging Frontiers in Research and Innovation, https://www.nsf.gov) Национального научного фонда США (точнее, из одного из направлений этой программы — Continuum, Compliant and Configurable Soft Robotics Engineering, известной как C3 SoRo),
- из средств программы SPAR (Signal Processing at RF) Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США DARPA,
- из средств компании Texas Instruments.
И вот на Международной конференции IEEE по твердотельным схемам, прошедшей в Сан-Франциско, американские ученые продемонстрировали прототип первого в мире «безмагнитного» циркулятора, созданного на основе КМОП-микросхемы по 45-нанометровому техпроцессу. Ключевыми компонентами полупроводникового аналога традиционного ферромагнитного циркулятора являются сверхбыстродействующие транзисторные коммутаторы, которые с высокой степенью синхронизации открываются при подходе «нужного» радиосигнала частотой 25 ГГц (например, от радиопередатчика) и закрываются перед радиосигналом, движущимся к радиоприемнику. Коммутатор «противоположного действия» закрывается перед радиосигналом, поступающим от радиопередатчика к антенне, и открывается перед радиосигналом, идущим от антенны к радиоприемнику.
См. также:
- Выпущен первый портативный кардиограф, способный дистанционно снимать ЭКГ!
- В России разработан дешевый и надежный генератор случайных чисел
- Дальность действия пассивных IoT-датчиков доведена до трех километров